KR101354071B1

KR101354071B1 - 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽

Info

Publication number: KR101354071B1
Application number: KR1020110125743A
Authority: KR
Inventors: 김상훈
Original assignee: 목포해양대학교 산학협력단
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2014-01-23
Also published as: JP2015507105A; KR20130059663A; WO2013081382A4; MX2014006475A; WO2013081382A1; US20140305049A1; CN104321494A

Abstract

본 발명은 지진으로부터 건물을 보호하기 위한 내진 장치에 대한 것으로서, 건물에 내진 장치를 설치하는 대신에 건물 외곽에 지진파를 약화시킬 수 있는 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽에 대한 것이다.
본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽에 의하면 지진의 진도를 원하는 만큼 낮출 수 있고 당해 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽이 설치된 건물에 대한 보호가 가능하다.

Description

공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽{INFILLED EARTHQUAKEPROOF TRENCHES USING BURIED RESONANCE BOX}

본 발명은 지진으로부터 건물을 보호하기 위한 내진 장치에 대한 것으로서, 건물에 내진 장치를 설치하는 대신에 건물 외곽에 지진파를 약화시킬 수 있는 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽에 대한 것이다.

지진은 지구상에 사는 한 피할 수 없는 대표적인 자연재해의 하나로서 특히 지진대 부근에 사는 사람들에게는 생명과 재산에 대한 큰 위협이다. 지진피해를 최소화하기 위하여 인류는 지진 조기 경보장치를 비롯하여 수많은 내진 설계를 연구하였고, 그 결과 상당히 효과적으로 지진을 방비하고 있다. 하지만 아직도 전 지구적으로 매년 수십 만명 이상의 사람들이 지진으로 죽거나 다치고 있다. 최근 일본에서 발생한 지진은 아무리 내진 설계를 잘 한 건물이라도 지진 앞에서 무기력한 존재임을 보여주었다.

특히 원자력 발전소는 지진에 대한 방비를 하지 못하는 한 더 이상 효율적인 발전이 아니라, 잠재적인 위험성을 내포한 시한 폭탄과 같은 존재였다. 현재의 내진 기술로는 일단 지어진 건물에는 보강재를 대는 정도의 내진력 보강이 있을 뿐, 근본적으로 내진 능력을 향상시킬 수 없다. 보강재를 대는 작업도 원형 보존이 중요한 문화재 같은 건물에는 적용할 수 없다.

따라서 일단 지어진 건물이라도 내진력을 획기적으로 향상시키는 방법이 필요하다. 본 기술은 건물에 손을 대지 않고, 주변에 방진벽을 쳐서 지진을 약화시키는 방법으로서 내진 설계가 취약한 건물을 효과적으로 보호할 수 있다. 이는 최근에 학계에서 활발하게 연구되는 메타 물질의 원리를 이용한 것이다.

기존의 내진 공법은 건물 자체에 방진, 면진, 제진 등 내진 설계를 하는 방법이다. 이런 방법은 일단 지어진 건물에 대한 내진 설계를 하는 것을 어렵게 만든다. 따라서 이미 일정한 내진 설계가 되어 있는 건물의 내진력을 향상시키는 데는 많은 비용이 들어가는 등 어려움이 따른다. 내진 설계에 대한 기존의 방법 이외에 새로운 방법으로 지진파의 경로와 보호해야 하는 건물 사이에, 즉 건물 주위에 지진파를 약화시키는 방진벽을 설치하는 것이 있다.

지진파는 기본적으로 음향파의 일종이다. 모든 음향파는 공명통을 지나면, 공명 진동수 부근의 파는 흡수되어 통과하지 않게 된다. 공명 진동수 부근의 파가 흡수되어 통과하지 않는 원리를 적용한 것이 음향 메타 물질의 원리에 해당한다.

하지만 아직까지 음향 메타 물질의 원리를 지진을 방지하기 위한 기술에 적용한 예는 없다.

"Fundamental Concepts of Earthquake Engineering," CH. 4, CRC press, 2009. M. Farhat, S. Enoch, S. Guenneau and A.B.Movchan,"Broadband cylindrical acoustic cloak for linear surface waves in a fluid", Physical Review Letters, Vol. 101, 134501 (2008) M. Farhat, S. Enoch, S.Guenneau and A.B.Movchan,"Cloaking bending waves propagating in thin elastic waves propagating in thin elastic plates", Physical Review Letters B, Vol. 79, 033102(2009) M. Farhat, S. Guenneau, and S. Enoch,"Ultrabroadband Elastic Cloaking in thin plates" Physical Review Letters, Vol. 103, 024301(2009)

기존의 내진 설계 공법은 건물 자체에 내진 설계를 하는 것이다. 내진 설계는 건물의 기본구조와 관련이 있어 일단 지어진 건물의 내진설계를 변경하여 내진력을 높이는 데 많은 비용이 든다. 특히 기존의 원자력 발전소나 제철소 같은 건물은 일단 완공되어 가동중이면, 내진설계를 변경하여 내진력을 높이기 어렵다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 건물 주변에 공명통을 매립하는 방식의 지진 방진벽을 설치함으로서, 이미 내진 설계가 된 건물의 내진력을 높여 건물의 내진 성능을 향상시키는 데 있다.

본 발명은, 평면 벽체부(1) 또는 곡면 벽체부(2)로 둘러싸여 내부에 공동을 구비하되, 상기 평면 벽체부 또는 상기 곡면 벽체부에는 그 외부에서 상기 공동으로 연통하는 하나 이상의 관통부(10)가 형성된 단위 공명통(100) 다수개를 복수개 지중에 적층하여 이루어진 특징으로 하는 공명통 매립을 이용한 방진벽을 제공한다.

삭제

상기 단위 공명통(100)은, 실린더형, 직육면체형 또는 구형의 형상인 것일 수 있다.

상기 단위 공명통(100)이 실린더형 또는 구형의 형상을 이루는 경우에 상기 실린더형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 실린더형 공명통끼리는 서로 접촉되거나, 상기 구형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 구형 공명통끼리는 서로 접촉되는 것일 수 있다,

상기 단위 공명통(100)이 직육면체의 형상을 이루는 경우에, 상기 직육면체형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 직육면체형 공명통 끼리는 상기 공명통의모서리를 통해서 접촉되는 것일 수 있다.

상기 단위 공명통(100)의 부피는 10~100㎥인 것일 수 있다.

상기 공명통(100)은 지면으로부터 아래로 5~100m 사이에 매설된 것일 수 있다.

본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽에 의하면 지진의 진도를 원하는 만큼 낮출 수 있고 당해 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽이 설치된 건물에 대한 보호가 가능하다.

본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽은 건물의 주변에 방진벽을 설치하므로 일단 지어진 건물에도 효과적으로 적용할 수 있어서 내진 설계를 변동시키기 위한 조치가 불필요하다.

도 1은 2006년에 최초로 음의 유효층 밀림계수 실현 실험에 성공한 공명통 구조다.
도 2는 공명통을 여러 개 주기적으로 결합시켰을 때, 물질의 층밀림계수 G_eff(w)가 진동수(w)에 따라 어떻게 변하는 지를 보여주는 그래프이다.
도 3은 실린더 형상의 공명통에 상하 측에 관통부를 만든 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽이 실린더형으로 되어 있을 때, 공명통이 연결되어 있는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽이 직육면체 형상으로 되어 있을 때, 공명통이 연결되어 있는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽의 구성을 위한 매립된 공명통의 배치를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽의 지하에 설치되어 있는 것을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

지진파(seismic wave)는 음향파(Acoustic wave)의 일종인데, 종파인 P파, 횡파인 S파, 그리고 표면파(surface wave)인 L파와 R파로 구성된다.

지진파 중에 P파와 S파에 대해서는 표면파(surface wave)에 대하여 대응하는 용어로 실체파(body wave)라고 칭한다. 이 중에 건물에 피해를 입히는 것은 주파수 20Hz 이내의 표면파인 R파와 L파다.

R파와 L파를 표면파라고 하는 이유는 지표면에서 파장 정도의 깊이까지만 싸인파로 존재하고, 파장 정도의 깊이보다 깊어지면 지수적으로 급격히 소멸하기 때문이다. 표면파 중에 L파가 가장 큰 피해를 주는데, 속력은 S파보다 약간 늦은 대략 초속 3km 정도이므로, 피해를 주는 파장의 영역은 100m 정도이거나 이보다 약간 길다.

지진파는 음향파의 일종인데, 여러 가지 파장의 파가 불균일하게 섞여 있는 음향파이다. 모든 음향파는 밀도와 탄성율의 비율로써 파동의 속력이 결정된다. 탄성률에는 작용하는 차원에 따라 3가지가 있다. 1차원에 작용하는 영률(Young's modulus)과 2차원에 작용하는 층밀림계수(shear modulus), 그리고 3차원에 작용하는 부피 탄성계수(bulk modulus)이다. 또한 층밀림계수는 부피탄성계수에서 한 면을 고정시킨 특수한 경우로 취급할 수 있다.

지진파의 속력을 결정하는 데는 여러가지 요인이 있으나 표면파는 주로 매질의 밀도(ρ)와 층밀림계수(G)에 의해서 결정된다. 표면파가 2차원파는 아니지만 근사적으로 이와 같이 기술된다.

일반적으로 음향파는 공명통을 통과시키면, 공명통의 주파수 영역 부근에 해당하는 특정한 주파수 영역에 대하여 소리가 공명을 일으켜 흡수되고 통과되지 않는다. 그 이유는 다음과 같다. 일반적으로 압력을 가하면 물체는 밀려가거나 압축된다. 그리고 그 밀려가거나 압축되는 비율이 층밀림계수와 부피 탄성계수이다.

그런데 음향파가 공명통을 지나면 파동이 중첩되어 보강간섭이 일어나는 현상이 벌어진다. 이것이 공명인데 외부에서 작용하는 압력에 대하여 반대로 작용한다. 이것이 층밀림계수나 부피탄성계수 같은 탄성 계수가 음수가 되는 이유이다. 이 탄성계수가 음수가 되면 파동의 속력이 허수가 되어, 결국 파동이 통과하지 못하고 사라진다.

이를 다시 수식적으로 설명하면 다음과 같다. 지진파의 속력은 매질의 밀도(ρ)와 층밀림계수(shear modulus)(G)의 제곱근 비로서 수학식 1에 의해서 결정된다.

층밀림계수가 음이 되면 속력이 허수가 되고, 수학식 2에 따라 속력의 역수에 비례하는 굴절률도 허수가 된다.

수학식 2에서 c는 음향파의 배경 속력을 의미한다.

층밀림계수가 음이 되면, 굴절률이 허수가 되어 파동이 통과하지 않는 것이다. 굴절률이 허수가 되면 굴절률에 비례하는 파동 함수도 허수가 되어 메타물질의 성격을 띠게 된다.

메타 물질은 앞서 관찰되지 않았거나 전통적인 물질들로는 실현되기 어려운 전자기 혹은 음향 물질 응답을 가지는 물질을 말한다.

층밀림계수가 음이 되면, 굴절률이 허수가 되어 파동이 통과하지 않는 것이다.

도 1은 2006년에 최초로 음의 층밀림계수 실현 실험에 성공한 공명통의 구조이다.

음의 층밀림계수를 갖는 공명통(100)의 구조는 각 면이 밀봉되어 있는 몸체와, 상기 몸체의 일측에 관통부(10)를 가지고 있다.

도 1을 참조하면, 상기 관통부(10)의 목부분(15)은 전기 회로에서 유도기(inductor)에 해당하고, 상기 공명통(100)의 내부인 공동(30)은 전기회로에서 축전기에 해당한다. 도 1에서 왼쪽에 유도기와 축전기를 표시한 것은 공명통을 전기적으로 표현할 때 유도기와 축전기의 직렬 결합회로로 표현할 수 있음을 나타낸다.

전기공학의 LC공진기를 기계공학적으로 구현한 것에 해당한다.

관통부(10)를 통과하는 음향파의 압력이 공동(30)에 축적되어 공명(resonance)이 일어나면, 음향파에 의한 공기 압력이 팽창되어 층밀림이 반대로 일어나 층밀림계수가 음이 된다고 보는 것이다. 이것이 음향 메타물질(metamaterial)의 원리이다.

도 2는 공명통을 여러 개 직렬로 결합시켰을 때 물질의 층밀림계수(G_eff)가 진동수(w)에 따라 어떻게 변하는 지를 보여주는 그래프이다.

층밀림계수는 진동수(w)에 따라 실수부와 허수부로 나누어 있다고 할 수 있다. 도 2는 수학식 3에 대하여 독립변수를 주파수(w)로 하여 층밀림계수의 실수부와 허수부를 종속변수로 하여 그래프로 바꾼 것이다.

수학식 3에서 F는 기하학적 요소이고 Γ는 손실율이다. 공명통이 많이 연결되면, F값이 커지고, 층밀림계수의 실수부가 음이 되는 영역이 증가한다. 손실율 Γ가 아주 작은 경우 층밀림계수(G_eff)의 실수부가 음이 되는 주파수 영역은 수학식 4와 같은 범위로 표시할 수 있다.

수학식 4에서 w₀는 공명통(100)의 공명진동수이다. 도 2에서 실선이 층밀림계수의 실수부이고, 점선이 층밀림계수의 허수부이다.

층밀림계수의 실수부가 음이 되는 영역이 공명이 일어나 소리가 흡수되는 영역이다. 수학식 4로부터 판단하면, 건물 주위에 공명통(100)을 매립하면, 공명주파수와 공명주파수보다 약간 큰 주파수 영역 내에서는 지진파가 통과하지 못한다.

도 2를 참조하면, 공명 진동수 부근에서 실수값이 음이 됨을 알 수 있고, 허수부가 0이 아닌 것으로부터 공명 진동수 부근에서 에너지가 흡수됨을 알 수 있다. 흡수된 에너지는 공명통(100)에서 열이나 소리 에너지로 변한다.

수학식 2에 따를 때 매질의 굴절률(refractive index; n)은 매질 속에서 파동의 속력(v)의 역수로 주어진다. 즉, 특정한 주파수 영역에 대해서 G_eff가 음이 되면, 굴절률(n)이 허수가 되어 굴절률을 수학식 5처럼 기재할 수 있다.

L파와 R파와 같은 표면파들은 진폭에 삼각함수를 곱한 꼴로서, 진행방향이 x- 방향이라면, 굴절률이 허수인 경우 파동방정식은 수학식 6처럼 표시할 수 있다.

수학식 6에 따를 때, 표면파가 진행함에 따라 파동의 진폭이 지수적으로 소멸하게 된다. 상술한 바와 같이, 파가 진행함에 따라 파의 진폭이 줄어드는 파를 소멸파(evanascent wave)라고 한다.

이때 리히터 스케일에 따른 진도 M은 수학식 7과 같이 표시할 수 있다.

수학식 7에서 A는 지진파의 최대 진폭이고, A₀는 지진이 일어나지 않을 때 지진계로 측정할 수 있는 지진계의 최대 진폭으로서 1㎛ 이하로서 아주 작다.

지진파가 층밀림계수가 음인 공명통을 통과하면, 음향파 진폭이 수학식 8처럼 감소한다.

상기 수학식 8을 공명통을 통과하기 전의 초기 진도 M_i와 공명통을 통과한 후의 나중 진도 M_f로 기재하면, 수학식 9와 같이 된다.

따라서, 초기 진도와 나중 진도의 차이를 ΔM=Mf-Mi라고 하면, x축 방향의 거리, 방진벽의 폭 △x는 수학식 10처럼 구해진다.

방진벽 두께가 굴절률에 반비례하므로 굴절률이 아주 큰 시멘트 콘크리트로 실린더를 만들면, 방진벽의 두께를 감소시킬 수 있다. ΔM은 방진벽에 들어오는 지진파를 약화시키고자 목표하는 진도차이다.

예를 들어 진도 6인 지진파를 진도 4로 낮추고 싶으면, ΔM은 2가 된다.

실례로 진도 3 감쇄용 방진벽을 축조하는 경우 굴절율의 크기가 대략 2이고 파장이 대략 100m일 때, 방진벽의 폭 Δx는 수학식 11처럼 55m 정도로 얻을 수 있다.

이제 공명통의 구조로부터 공명통의 공명진동수를 구해보자. 도 1을 참조하면, 공명통(100)의 구조는 전기회로의 일종으로 취급할 때, 유도기(inductor)와 축전기(capacitor)의 직렬 연결구조와 유사하다고 할 수 있다.

좀 더 구체적으로 상술하면, 상기 축전기의 전기용량(capacitance)은 수학식 12를 따르고, 유도기의 인덕턴스(inductance)는 수학식 13을 따른다.

여기서 V는 공명통(100)의 부피이고, ρ는 매질의 밀도이며, v는 유체 안에서 파의 속도이다. L'는 관통부(10)의 목부분(15)에 대한 유효 길이이고 S는 관통부(10)의 밑면에 대한 단면적(20)이다.

이때 도 3의 공명통(100)에 대한 공명진동수는 수학식 14를 따른다.

수학식 14에 대하여 상기 전기용량과 인덕턴스에 대한 수학식 12와 캐퍼시턴스에 대한 수학식 13을 대입하면 수학식 15가 얻어진다.

수학식 15로부터 판단하면, 상기 공명통(100)의 공명진동수는 공명통(100)의 구조에 따른다. 공명통(100)에 뚫려 있는 관통부(10)의 유효 길이(L')와 단면적(S)이 일정하다면, 공명진동수를 결정하는 가장 큰 인자는 공명통(100)의 부피(V)가 된다. 따라서 상기 수학식 15에 따를 때, 공명통(100)의 공명진동수는 공명통(100)의 부피의 제곱근의 역수에 반비례하는 관계식을 보인다.

병 모양 공명통 실험을 통해서 부피 1리터의 공명통(100)은 대략 1kHz 부근의 진동수에서 공진 현상(resonance)을 보인다는 것이 알려져 있다. (참고문헌 1),2) 참조)

1) S.H.Lee, C.M.Park, Y.M.Seo, Z.G.Wang and C.K.Kim, J.Phys.Condensed Matter, Vol.21, 175704(2009)

2) S.H.Lee, C.M.Park, Y.M. Seo , Z.G. Wang and C.K. Kim, Physical Review Letters, Vol.104, 054301 (2010)

따라서 지진파 공명진동수가 10Hz인 L파에 대해서 공명을 일으키게 하려면, 공명통(100) 내부의 부피가 1리터(ℓ)의 10⁶배인 1㎥이 되어야 한다. S와 L'을 변화시켜도 공명통의 진동수를 조절할 수 있다. 즉 지진파의 공명진동수에 맞추어 공명통(100)의 구조를 변경시켜 대응하면, 이 주파수에 해당하는 지진파를 약화시킬 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 공명통 매립을 이용한 지진파 방진벽의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시 예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

먼저 공명통 매립을 위한 방진벽의 기초 단위가 되는 단위 공명통(100)에 대한 제작이 이루어져야 한다. 굴절률이 큰 재료로 만들수록 두께가 얇아도 된다는 특징이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 상·하측에 관통부를 구비하고 있는 실린더형의 단위 공명통의 형상을 보여주는 모식도이다.

도 3을 참조하면 실린더형의 공명통(100)의 좌측면과 우측면에 상·하측에 있는 것과 동일한 역할을 수행하는 관통부(10)가 형성되어있다. 좌측면과 우측면에 형성되어 있는 관통부(10)는 인덕터를 여러 개를 병렬로 연결한 것이라고 볼 수 있다. 상기 공명통(100)은 평면 벽체부(1) 또는 곡면 벽체부(2)로 둘러싸여 내부에 공동을 구비하는 형태로 이루어지고, 상기 평면 벽체부(1) 또는 상기 곡면 벽체부(2)에는 그 외부에서 상기 공동(30)으로 연통하는 하나 이상의 관통부(10)가 형성된 것일 수 있다.

상·하측면에 형성되어 있는 관통부(10)는 인덕터의 역할 이외에 배수구의 역할도 수행한다.

도 4는 실린더형의 단위 공명통을 상·하측으로 결합시킨 것을 보여주는 모식도이다.

도 4를 참조하면 실린더형의 단위 공명통(100)이 원주면에 배치되어 있는 선을 공유하고 있으면서 상·하측으로 배치되어 있다.

상기 단위 공명통이 실린더형 또는 구형의 형상을 이루는 경우에 상기 실린더형 단위 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 실린더형 공명통끼리 서로 접촉되어 있는 형태일 수 있다. 또한, 상기 구형 단위 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 구형 공명통끼리 서로 접촉되는 형태일 수 있다.

상기 단위 공명통(100)이 실린더 또는 구형의 형상(미도시)을 이루는 경우에, 상기 공명통(100)이 수평방향으로 다수개 직렬로 맞닿아 있으면서 연결되어 있다. 상기 공명통(100)이 직렬로 연결된 방향에 대하여 수직으로 다수개의 공명통이 직렬로 연결되어 있으면서 상기 직렬로 연결된 공명통과 맞닿아 있다.

상기 단위 공명통(100)을 다수개 연결시키게 되면, 각각의 공명통(100) 들이 지진을 방지하기 위한 방진벽의 역할을 수행한다. 이때 각각의 공명통 들의 부피를 다르게 하면 도 2에 도시된 바와 같은 공명통의 층밀림계수가 음이 되는 영역이 넓어지게 된다.

이때 수학식 3에 따라 공명통이 설치되어 있는 방진벽을 통과할 수 있는 범위가 넓어지는 결과를 얻게 된다.

공동을 가지고 있는 구조이면 공명통(100)의 형상에는 그리 큰 구애를 받지 않는다. 따라서 실린더 형상이나 구형의 형상도 공명통(100)의 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 직육면체의 형상도 가능하다.

도 5는 직육면체 형태의 단위 공명통을 상하측으로 결합시킨 것을 보여주는 모식도이다.

도 5를 참조하면, 상기 단위 공명통(100)이 수평방향으로 다수 개 직렬로 연결되어 있고, 상기 직렬로 연결된 공명통(100) 사이에는 빈 공간(110)이 배치되고, 상기 빈 공간(110)의 상하측으로 공명통(100)이 연결되어 있다.

상기 단위 공명통이 직육면체의 형상을 이루는 경우에, 상기 직육면체형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 직육면체형 공명통 끼리 상기 직육면체형 공명통의 모서리를 통해서 접촉되는 것일 수 있다.

상술한 바와 같이 직육면체형 공명통이 상기 직육면체형 공명통의 모서리를 통해서 접촉하면, 수평방향으로 배열된 직육면체형 공명통 사이에는 빈공간(110)이 형성된다.

빈공간(110)은 직육면체의 형상을 가지고 있는 공명통(100)에 대하여 캐패시터의 역할을 한다.

종래의 방진벽에 대한 기술은 지진파가 기체나 액체를 통과하지 못하므로 큰 도랑을 파고, 그 안에 물을 채우는 방식이었다. 하지만 큰 도랑을 파고 그 안에 물을 채우는 방식은 전진-본진-여진으로 이루어진 일련의 지진파 통과에서 한 번 도랑이 무너지고 나면, 물이 상실되어 더 이상 기능을 수행하지 못하므로 장기적인 대책이 되지 못한다.

또 큰 도랑에 물을 채우면, 수질 오염의 가능성도 있고, 그 도랑의 위에 건물을 지을 수 없는 등 공간을 효율적으로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

그 외에도 물을 채울 경우 굴절률이 작아 방진벽 폭이 아주 넓어야 하므로 실효성이 떨어지는 단점이 있다.

도 6은 본 발명에 따른 지반진동 저감을 위한 공명통을 이용한 방진벽의 설치 단면도이다.

도 6에서 z_c는 공명통(100)이 매설되어 있는 장소의 지하 깊이를 나타낸다.

또한 도 6을 참조하면 공명통은 지하(200)에 매설되어 있다는 것을 알 수 있고, 상층(300)에는 나무를 심거나 가벼운 건물의 건축이 가능하다.

이때 빈 몸체를 포함하는 공명통(100)은 땅 위의 표면으로부터 3~4m 정도의 깊이에 매설하여야 건물 등의 건축이 가능할 것이다.

또한 공명통(100)이 매설되는 위치는 건물의 기초 공사의 깊이보다 같거나 아래로 묻는 것이 바람직하다. 건물의 기초 공사의 깊이는 5~100m 이다.

지진파의 방진벽에 매설되는 공명통의 부피(V)는 방진하고자 하는 지진의 진도에 따라 차이가 있을 수 있지만 10~100㎥인 것이 바람직하다.

10㎥보다 부피가 작으면 30Hz 이하의 진동수를 갖는 지진에 대하여 방진효과를 달성할 수 없고, 100㎥보다 크면 실질적인 건축이 어려워지는 문제가 생긴다.

공명통의 부피는 공명통의 두께(x_c)로 조절할 수 있는데, x_c의 경우 원하는 내진 정도에 맞추어 폭을 조절할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 공명통을 이용한 방진벽이 지진으로부터의 방진을 원하는 건물의 주위에 설치되어 있는 것을 보여주는 평면도이다.

공명통(100)을 이미 건물이 건립되어 있는 지역에 설치하기 위해서는 도 7과 같이 건물(150)이 매립된 면의 바로 아래에 설치하는 것이 아니라 원형의 형상을 이루도록 주변에 설치되어 있다.

물론 이때 상기 공명통은 지면으로부터 아래로 5~100m 사이에 매설되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 공명통(100) 매립을 위한 방진벽은 지하에 매설되므로 외부에서 보이지 않고, 방진벽이 설치되어 있는 건물(150)의 주변에 나무를 심을 수도 있고, 건물(150)을 지을 수도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10: 관통부 20: 마개
30: 공동 100: 공명통
110:빈공간 150: 건물

Claims

평면 벽체부 또는 곡면 벽체부로 둘러싸여 내부에 공동을 구비하되, 상기 평면 벽체부 또는 상기 곡면 벽체부에는 그 외부에서 상기 공동으로 연통하는 하나 이상의 관통부가 형성된 단위 공명통 다수개를 복수개 적층하여 이루어진 지중에 매립된 방진벽으로서, 이 방진벽은 상기 각 단위 공명통들이 상기 관통부를 통해 서로 연통되도록 축조되며, 상기 각 단위 공명통의 부피는 10m³~ 100m³이며, 상기 방진벽의 전체 적층 높이는 5m~100m이며, 상기 방진벽이 진앙과 보호대상 건물 사이에서 그 보호대상 건물로부터 떨어져 지중에 매립설치된 것을 특징으로 하는 공명통 매립을 이용한 방진벽.
제1항에 있어서,
상기 단위 공명통은, 실린더형, 직육면체형 또는 구형의 형상인 것을 특징으로 하는 공명통 매립을 이용한 방진벽.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단위 공명통이 실린더형 또는 구형의 형상을 이루는 경우에 상기 실린더형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 실린더형 공명통끼리 서로 접촉되거나, 상기 구형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 구형 공명통끼리 서로 접촉되는 것을 특징으로 하는 공명통 매립을 이용한 방진벽,
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단위 공명통이 직육면체의 형상을 이루는 경우에, 상기 직육면체형 공명통은 서로 다른 부피를 가지고, 인접된 직육면체형 공명통끼리 상기 직육면체형 공명통의 모서리를 통해서 접촉되는 것을 특징으로 하는 공명통 매립을 이용한 방진벽.
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